Методы автономного определения координат КА

[Zoltan]

Нет ли у кого ссылок на статьи, посвященные методам автономного определения КА своего положения в космосе, не использующим наземные измерительные комплексы, либо систем ГЛОНАСС и им подобных? Например, использование звездных датчиков  

[carlos]

В качестве печки (от которой обычно танцуют ) можете попробовать поискать информацию по системам ориентации АМС. Там уж точно ни ГЛОНАСС, ни НИПы не используются.

[Feol]

По информации только со звёздника можно лишь определить ориентацию КА в геоцентрической системе координат. Положение центра масс на орбите определить невозможно. Разве что вкупе с информацией от других оптических приборов. Только по звёзднику невозможно даже определить и ориентацию в орбитальной, солнечно-земной или иной системе координат, так или иначе связанной с Землёй. Для этого уже надо знать положение центра масс. Я в своё время писал диплом на одной из наших спутнико-строительных фирм. Там первой темой было определение положения центра масс по информации с магнитометра. Суть в том, что следим 3-х компонентным магнитометром за направлением и напряженностью поля. Ориентацию КА знаем по оптическим приборам (хотя то есть, теоретически, схема её определения по информации с того же магнитометра и измерителей угловой скорости (или иного прибота, позволяющего построить инерциальную систему координат)). Так вот, далее сравниваем то, что намерили, с моделью маг. поля земли, живущей в БЦВК. Ну и приблизительно вроде бы можно оценить положение центра масс. Разумеется, для орбиты с ненулевым наклонением, как минимум (а чем больше, тем лучше) По моим оценкам тогда получилось, что точность -+ 10 - 15 градусов при i = 82 град., кажется. Но вопросов там много, поле плывет, модель надо корректировать. + маг. возмущения... В общем, посмотрев мои выкладки, умный человек с большим опытом мне посоветовал поговорить с руководителем диплома и сменить тему. Что и было сделато. Так и погибла не имеющая аналогов в мире система ориентации и определения координат КА на основе 1 магнитометра и 3-х ДУСов   .
И это правильно, сомнительная на практике идея.

[Andy_K64]

Магнитометр и ГИВУС давно используются для коррекции базиса на РС МКС. А еще раньше использовали для этой цели магнитометр и ИУС "Омега" на "Мире". Правда, на "Мире" обработка данных шла на Земле, откуда и закладывался кватернион ориентации в БЦВК. Правда, это ориентация. А вот для навигации....  действительно, вряд ли получится.

[Feol]

Но положение центра масс по магнитометру не оценивается?

[Serg Ivanov]

По информации только со звёздника можно лишь определить ориентацию КА в геоцентрической системе координат. Положение центра масс на орбите определить невозможно. Разве что вкупе с информацией от других оптических приборов..

А по моменту захода звезды за горизонт? А второй звезды? Солнце- тоже звезда.

[X]

В качестве печки (от которой обычно танцуют ) можете попробовать поискать информацию по системам ориентации АМС. Там уж точно ни ГЛОНАСС, ни НИПы не используются.

Не путайте определение ориентации и координат.
На всех до сих пор летавших АМС их координаты определялись радиоконтролем орбиты. Этот метод определения координат АМС пока является единственным штатным. Эксперименты по автономной навигации АМС проводились. Например, на небезызвестном DeepSpace-1 (1-я АМС с ЭРДУ ) стояла экспериментальная система автономной навигации AvtoNav, позволяющая автономно определять координаты КА по наблюдениям астероидов. Публикации по AvtoNav были. Ищите в сети.

[Feol]

А по моменту захода звезды за горизонт? А второй звезды? Солнце- тоже звезда.

Звёздник (ПЗВ) + прибор ориентации на Солнце (ПОС) положение центра масс на орбите Земли не дадут. Заход звезды за горизонт? Чем его отследить? Если угол м/у границей поля зрения ПЗВ и краем Земли, Луны или Солнца становится <20 град. то для ПЗВ это уже нежелательно. А вот на основе ПЗВ + прибора ориентации на Землю (ПОЗ) (естественно, ПЗВ смотрит в другую по отношению к нему сторону) уже информацию о положении центра масс на орбите получить можно. Другое дело, какая будет точность. Собственная точность ПОЗ никогда не сравнится с точностью ПЗВ. И чем ниже орбита, тем хуже. Пока действительно высокую точность определения положения центра масс (как для навигационных аппаратов, например) могут обеспечить только измерения с помощью радиотехнических средств с Земли.

[Serg Ivanov]

Я вот вспомнил астрокоррекцию баллистических ракет. А там как?

[Serg Ivanov]

А по моменту захода звезды за горизонт? А второй звезды? Солнце- тоже звезда.

Звёздник (ПЗВ) + прибор ориентации на Солнце (ПОС) положение центра масс на орбите Земли не дадут. Заход звезды за горизонт? Чем его отследить? Если угол м/у границей поля зрения ПЗВ и краем Земли, Луны или Солнца становится <20 град. то для ПЗВ это уже нежелательно. .

Что мешает сделать звездник с широким и очень узким (меньше 1град) полем зрения? Узкий следит за звездой пока Земля не закроет- сигнал резко меняется.

[Feol]

Я вот вспомнил астрокоррекцию баллистических ракет. А там как?

Я не знаю. Но действительно интересно. Возможно, там используется информация о положении Земли тем или иным способом. Например, выставляются гироскопы до старта с учётом направления силы тяжести. + может использоваться время. Без использования времени долготу места вообще автономно определить принципиально невозможно никаким способом.

[Feol]

Что мешает сделать звездник с широким и очень узким (меньше 1град) полем зрения? Узкий следит за звездой пока Земля не закроет- сигнал резко меняется.

Такие звездные приборы есть. С полем зрения около градуса. Они использовались, в частности, на стационарных связных аппаратах как датчики полярной звезды (ДПЗ) для точного определения курсового угла. Но штука капризная до жути. Вообще, реально у ПЗВ одно достоинство (правда, оно стоит многих) - очень высокая точность. К сожалению, в остальном у них одни недостатки. Главный - это очень низкая помехоустойчивость. И одна из основных причин ведущихся сейчас у нас работ по созданию широкопольного ПЗВ - это именно работа ПЗВ по группам звёзд для повышения надёжности селекции помех. Ну и, конечно, информация по всем 3-м осям (по одной звезде это, понятное дело, невозможно). Даже на стационарах, когда угол м/у напр. на Землю и на Полярную звезду ~90 град. помехоустойчивость первых ДПЗ была неудовлетворительной. Пришлось вводить измерение скорости, яркости, и т. д. для улучшения селекции. И всё равно происходили срывы слежения. Про проблему работы со звёздниками хорошо пишет Черток когда описывает нашу лунную эпопею.

В Вашей схеме прибор должен работать по одной звезде вплоть до захода её за горизонт. Увы, нереально. Момент потери звезды будет совершенно непредсказуемым.

[N2H4]

Что мешает сделать звездник с широким и очень узким (меньше 1град) полем зрения? Узкий следит за звездой пока Земля не закроет- сигнал резко меняется.

У Земли есть довольно толстая атмосфера, поэтому сигнал будет меняться не резко, а непонятно как. Потом Земля сама может быть освещена, надо как-то отделять свет звезды от света Земли.
На орбитах вокруг Земли если и будет работать, то точность будет не выше чем с использованием ПОЗа.
А из межпланетного пространства будут сложности с подгадыванием момента покрытия звезды планетой (нужно уже заранее довольно точно знать положение центра масс аппарата).

[Anum]

не знаю как работают АСН (астрономические системы навигации),
но я бы с удовльствием использовал такую штуку: как в ракетах с головками самонаведения, делается захват цели (звёзд). Эта "фотка" запоминается в бортовой комп и потом посредствам КЭНС мы можем определить наше место положение. Правда хорошо  было бы если бы, чтоб уменьшить риск потери звезды, использовался спектральный состав звезды...

[Dims]

А нельзя чтобы компьютер распознавал изображение Земли и сверял своё местоположение относительно неё по карте?

[Anum]

dims, это тоже вариант...
Однако предположим, что КА распологается на высоте ну где-то 200 км.  Что мы, соответственно и видоискатель, увидит на поверхности земли? вполне конкретные рельефы, периодически перекрываемые облаками. Также на борту должны будут заложены большие эталонные снимки всей поверхности планеты  (т.к. КА будет двигаться со скоростью не меньше 1-й космической). Придется сравнивать большие эталонные и текущие кадры, что увиличит время обработки информации(за которое можно потеряться). К тому же если придется "фотографировать" большие области планеты, там уже нужно будет учитывать ошибки (искажение) атмосферы... ну и т.д.
я так думаю

[Patriot]

А нельзя чтобы компьютер распознавал изображение Земли и сверял своё местоположение относительно неё по карте?

В принципе можно.
Немногим более двадцати лет назад Горбачев, будучи тогда генсеком, заявил, что в СССР создана уникальная ракетная система, против которой нет защиты. Эта ракета использовала карту местности по траектории предполагаемого полета, заложенную в бортовой компьютер. Летела она в атмосфере, но на большой высоте. Результаты были нормальные. Потом, конечно, проект прикрыли, когда Горбачев начал братание с Западом и разоружение.
Так что, идея работала.
Для спутника тоже можно заложить карту по траектории. Думаю, что современные вычислительные средства на борту потянут решение задачи определения ориентации таким способом. Но точность будет заведомо намного хуже, чем у автономной навигационной системы с использованием акселерометрии и дополнительных средств коррекции.

[Dims]

Я имею в виду, что если отбросить проблему распознавания образов (то есть, считать, что алгоритм у нас есть, база данных карт есть, облака нас не путают итп), то достижима ли сравнимая с другими средствами точность?

[Andy_K64]

Я имею в виду, что если отбросить проблему распознавания образов (то есть, считать, что алгоритм у нас есть, база данных карт есть, облака нас не путают итп), то достижима ли сравнимая с другими средствами точность?

Вряд ли.

[Patriot]

Я имею в виду, что если отбросить проблему распознавания образов (то есть, считать, что алгоритм у нас есть, база данных карт есть, облака нас не путают итп), то достижима ли сравнимая с другими средствами точность?

Да